[發明專利]基于同步化模型的風電雙饋電機定子功率控制方法

無效

• 申請號: 201010129198.5
• 申請日: 2010-03-18
• 公開（公告）號: CN101795007A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 孫元章;李國杰;王中
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02P27/06;H02P21/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種風力發電機控制方法，特別是關于一種基于同步化模型的風 電雙饋電機定子功率控制方法。

背景技術

風力發電(簡稱“風電”)系統分為恒速恒頻和變速恒頻兩種，恒速恒頻風電 機組結構簡單，早期的風電大都采用恒速恒頻技術，由于恒速恒頻風電機組在很 大風速范圍內不能保持最佳葉尖速比，對風能的利用率不高。隨著控制技術及電 力電子器件水平的發展，變速恒頻技術于20世紀90年代開始興起。變速恒頻風力 發電機組風輪轉速隨著風速的變化而變化，可以更有效地利用風能，并且通過變速 恒頻技術可以得到恒定頻率的電能。變速恒頻風力發電技術日益成熟，兆瓦級以 上的風電機組大都采用變速恒頻技術。

雙饋風電技術是變速恒頻風電技術的一種，其雙饋電機定子直接與電網相連， 轉子軸通過升速齒輪箱與風機同軸，轉子繞組通過雙向變頻器與電網連接，通過控 制轉子電流，實現變速恒頻的目的。雙饋風電的特點是功率變流器容量小(相當 于整個發電容量的20～25％)，成本低，發電機為雙饋異步電機，發電機轉速低于 同步速時，轉子通過雙向變流器從電網饋入功率，發電機轉速高于同步速時，轉 子通過雙向變流器向電網輸出功率。對于雙饋風電系統而言，最重要的要求就是 運行的可靠性，盡量減少故障的發生。風電裝置的故障會對風電場的正常運行造 成很大影響，一方面增加了檢修的成本，增加了風電投資的回收時間；另一方面 也降低了風電場全年的有效利用時間，降低了風電場發電的效率。因此，提高風 電裝置的可靠性有十分重要的意義。

雙饋風電系統中電氣系統的故障比例較高，據統計顯示：電氣系統的故障占 所有故障的17.5％，傳感器的故障占14.1％，控制系統的故障占12.9％，由此看出， 這些和電控相關的故障占了較大比例。雙饋風電系統中最常用的控制策略是矢量 控制，采用矢量控制可以實現有功和無功的解耦控制，達到良好的控制效果。而 矢量控制中的坐標變換不僅復雜，比如常用的派克(PARK)坐標變化，而且坐標 變換還需要精確的電網電壓角度和轉子位置信息。目前電網電壓角度信息可以采 用軟件鎖相環來獲得，以避免硬件鎖相環受干擾的問題；轉子位置信息一般是控 制系統通過對編碼器信號處理來獲得準確的轉子位置信息。然而，風電系統運行 的環境通常比較惡劣，干擾比較大，角度測量信號容易受到干擾。目前很多控制 芯片(如TI公司的240x系列、281x系列)都帶有增量式編碼器接口。其基本原 理都是通過一個內部計數器得到轉子位置信息：A、B脈沖4倍頻之后作為這個計 數器的計數脈沖；Z脈沖作為計數器的清零脈沖，Z脈沖的寬度比較窄，并且轉速 越高，脈沖越窄。而外界干擾脈沖容易被誤認為是Z脈沖，這樣容易導致系統穩 定性不高，從而使得電網的電能供應也極為不穩定。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種提高風電雙饋電機控制系統穩定性 的基于同步化模型的風電雙饋電機定子功率控制方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種基于同步化模型的風電雙 饋電機定子功率的控制方法，其包括以下步驟：1)設置一包括有功控制器、無功 控制器、轉子電壓發生器和轉子電壓電流控制器的系統，在有功控制器和無功控 制器中分別預設雙饋電機的定子有功功率值和無功功率值；2)采集定子三相電壓 和三相電流，計算出定子的有功功率值和無功功率值，將計算得到的有功功率輸 送給有功控制器，將無功功率值輸送給無功控制器；3)有功控制器將步驟2)計 算得到的有功功率值與步驟1)預設的有功功率值進行比較，計算出輸送給轉子電 壓發生器的轉子電流頻率；無功控制器將步驟2)計算得到的無功功率值與步驟1) 預設的無功功率值進行比較，計算出輸送給轉子電壓發生器的轉子電壓幅值；4) 轉子電壓發生器根據轉子電流頻率和電壓幅值，計算出輸送給轉子電壓電流控制 器的轉子三相電壓；5)轉子電壓電流控制器根據采集到的轉子三相電壓，和經步 驟4)計算得到的轉子三相電壓，計算出轉子三相電流值；6)轉子電壓電流控制 器根據采集到的轉子三相電流，和經步驟5)計算得到的三相電流值，計算出輸送 給轉子逆變器的控制信號；7)轉子逆變器將控制信號輸送給雙饋電機，雙饋電機 按照步驟1)中預設的有功功率值和無功功率值輸送給電網。

所述步驟3)中，轉子電流頻率ω_r的計算公式如下：